出租车计价器的设计

1、 出租车计价器 专 业： 电子科学与技术 1姓 名： 王成鹏 1学 号： 030831120 1指导教师： 胡全斌 目 录毕业设计任务书 摘 要第1章 绪 论1.1 前言1.2 系统设计的要求第2章 单元电路的选择与计算2.1 控制电路2.2电源电路2.3信号采集电路2.3 显示电路2.4 键盘电路第3章 总电路3.1 原理图3.2 系统工作原理第4章 系统软件设计4.1 主程序4.2 里程计数中断程序4.3 计算程序4.4 显示程序4.5 键盘程序4.6 程序结论/展望参考文献摘 要近年来，城市建设日益加快，我国出租汽车行业迅猛发展，成为人们工作、生活中不可缺少的交通工具。出租汽车服务行业和

2、出租汽车计价器紧密相关，因为出租汽车必须安装出租汽车计价器才能投入营运。出租汽车计价器是一种能根据乘客乘坐汽车行驶距离和等候时间的多少进行计价，并直接显示车费值的计量器具。计价器作为出租车的一个重要组成部分，关系着出租车司机和乘客的双方利益，起着重要作用，因此，具有良好性能的计价器对广大出租车司机和乘客来说是很必要的。本课题是出租车计价器系统的设计，重点是设计出租车计价器的实用性。整个系统是以89C52单片机为中心，采用A44E霍尔传感器对轮胎转数进行计数，实现对出租车里程的测量。本课题主要研究出租车计价器的硬件设计。论文详细阐述了该计价器的总体设计：时钟电路模块、掉电存储模块、里程检测模块、

3、LED显示模块、键盘模块等。【关键词】 AT89C52；霍尔传感器；LED显示第一章 绪论1.1引 言随着生活水平的提高，人们已不再满足于衣食住的享受，出行的舒适已受到越来越多人的关注。于是，出租车行业以低价高质的服务给人们带来了出行的享受。但总存在着买卖纠纷困扰着行业的发展。而在出租车行业中解决这一矛盾的最好方法就是改良计价器，用更加精良的计价器来为乘客提供更加方便快捷的服务。我国在70年代开始出租车，但那时的计费系统大都是国外进口不但不够准确，价格还十分昂贵。随着改革开放日益深入，出租车行业的发展势头已十分突出，国内各机械厂家纷纷推出国产计价器。出租车计价器的功能从刚开始的只显示路程（需要

4、司机自己定价，计算后四舍五入），到能够自主计费，以及现在能够打发票和语音提示、按时间自主变价等功能。随着城市旅游业的发展，出租车行业已成为城市的窗口，象征着一个城市的文明程度。凡乘过出租车的人都知道，只要汽车开动，随着行驶里程的增加，就会看到汽车前面的计价器里程数字显示的读数从零逐渐增大，而当行驶到某一值时，计费数字显示开始从起步价增加。当出租车到达某地需要在那里等候时，系统会自动根据时间进行计时，每等候一定时间，计费显示就增加一个该收的等候费用。汽车继续行驶时，停止计算等候费，继续增加里程计费。到达目的地，便可按显示的数字收费。出租车计价器是乘客与司机双方的交易准则，它是出租车行业发展的重要

5、标志，是出租车中最重要的工具。它关系着交易双方的利益，具有良好性能的计价器无论是对广大出租车司机朋友还是乘客来说都是很必要的。因此，汽车计价器的研究也是十分有应用价值的。1.2 系统设计的要求本设计采用AT89C52单片机为主控器，以A44E霍尔传感器测距，实现对出租车的多功能的计价设计，并采用掉电存储单元AT24C01来实现在系统掉电的时候保存单价和系统时间等信息，输出采用6段数码显示管。本电路设计的计价器不但能实现基本的计价，而且还能根据白天，黑夜，中途等待来调节单价具体要求： 实现当前车速的检测； 实现运行里程的检测； 实现出租车费用的计算并显示信息。第二章 单元电路的选择与计算一、控制

6、电路（一）方案论证与选择主机主要是用来实现信号采集的处理、计算，以及控制显示等模块，它可以有两种选择方案：方案一：采用数字电路控制。将传感器输出的脉冲信号，经过放大整形作为移位寄存器的脉冲，实现计价，但是考虑到这种电路过于简单，性能不够稳定，而且不能调节单价，也不能根据天气调节计费保准，电路也不够实用。电路框图如图1所示：金额显示单价显示电源电路及保护电路里程传感器移位寄存器电路图1 数字电路方案 方案二：采用单片机控制。以单片机为核心,设计上采用89S51单片机为主控器，以A44E霍尔传感器测距，并采用AT24C02实现在系统掉电的时候保存单价和系统时间等信息，输出采用7段数码显示管。利用单

7、片机丰富的I/O端口，及其控制的灵活性，实现基本的里程计价功能和价格调整、显示功能。原理结构如图2所示： AT89C51单片机 数据存储及时钟模块 里程采集模块 显示模块 存储区扩展模块 键盘模块打印模块图2 单片机控制方案本电路设计的计价器不但能实现基本的计价，而且还能根据白天，黑夜，中途等待来调节单价。单片机计算总价的公式为：总价=起步价+单价*（总里程-起步里程）。AT89C52作为一个单片微型计算系统，灵活性高，其强大的控制处理功能和可扩展功能为设计电路提供了很好的选择。 通过比较以上两方案，我们知道采用数字电路设计的计价器整体电路的规模较大，用到的器件多，造成故障率高，难调试，对于模

8、式的切换需要用到机械开关，机械开关时间久了会造成接触不良，功能难以实现。为此采用了单片机进行设计，相对来说功能强大，用较少的硬件和适当的软件相互配合可以很容易的实现设计要求，且灵活性强，有较大的活动空间，可以通过软件编程来完成更多的附加功能，方便对系统进行升级和功能扩展。所以我们采用第二方案，用AT89C52单片机实现出租车计价的功能。（二）单片机的最小系统单片机最小系统，是指能维持单片机运行的最简单配置的系统。这种系统成本低廉、结构简单，常用来构成简单的控制系统。1、复位电路单片机在启动运行时都需要进行复位操作，以便使CPU和系统中的其它部件都处于某一确定的初始状态，并从这个状态开始工作。A

9、T89C52单片机有一个引脚RST，它是施密特触发器的输入端，其输出端接复位电路的输入。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡脉冲周期（即二个机器周期）以上，若使用频率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4s才能完成复位操作。复位有电复位和手动复位两种。手动复位有电平方式和脉冲方式两种。本次设计中，为方便操作，采用手动复位的电平复位。其复位电路如下表示： 复位电路连接图如图3所示： 图3 复位电路连接图图为80C51型单片机上电手动复位电路。RC构成微分电路在接电瞬间，产生一个微分脉冲，其宽度若大于2个机器周期，80C51型单片机将复位。为保证微分脉冲宽度足够大，RC时间常数应

10、大于2个机器周期。一般取10Uf电容、10k电阻。2、时钟电路 时钟电路如图4所示：图4 时钟电路时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才能为单片机的时钟脉冲信号。振荡频率取决于石英晶体的振荡频率，频率范围可取1.2MHz12MHz。C3、C4主要起频率微调和稳定作用，电容值可取530pF。晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行也就快，但反过来运行速度快对存储器的速度要求就高，对印刷电路板的工艺要求也高（线间寄生电容要小）。在本次设计中，选取晶振频率为12MHz,C1和C2的值均为33uF。二、电源电路任何电子设备都需要用直流电源供电，比较经济实用的的方法是采用各种半导体直

11、流电源。随着把半导体集成电路工艺的发展，已制成多种集成稳压器。它体积小、重量轻、可靠性高，而且安装、调试方便。此次设计中采用三端固定输出稳压器。（一）指标参数 目前国产的W78XX系列三端稳压器，输出固定的正电压，有5V、6V、59V、12V、15V、18V和24V七个档次输出电流为1.5A。选择三端稳压器时，应注意以下几个参数： 1、最大输入电压 2、最小输入输出电压差 3、输出电压 4、最大输出电流 5、输出电阻（二）电源电路此次设计用输出固定电压的稳压电路（正电压）。如图所示是W78XX系列作为固定输出时的典型接线图。为保证稳压器正常工作，最小输入输出电压差至少为23V。电容Ci在输入线

12、较长时抵消其电感效应，以防止产生自激振荡；Co的作用是消除电路的高频噪声，改善负载瞬间的响应。电源电路如图5所示：图5 电源电路三、信号采集电路主要是通过传感器对采集车轴转数，通过主机模块进行计算，从而得出里程、金额等信息。通过对传感器的工作方法研究发现，传感器A44E是比较符合此次设计的原理。霍尔传感器是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。霍尔器件有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。A44E 属于开关型的霍尔器件，其工

13、作电压范围比较宽（4.518V），其输出的信号符合TTL电平标准，可以直接接到单片机的IO 端口上，而且其最高检测频率可达到1MHZ。A44E 集成霍耳开关由稳压器A、霍耳电势发生器(即硅霍耳片)B、差分放大器C、施密特触发器D和OC门输出E五个基本部分组成。霍尔传感器A44E工作原理：在输入端电压VCC，经稳压器稳压后加载霍尔电势发生器两端，根据霍尔效应，当霍尔片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向将会产生霍尔电势差Vh输出，该Vh信号经过放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到OC门输出，当施加的磁场达到工作点时，触发器输出高电平，使三极管导通，此时

14、OC门输出端输出低电压，通常称这种状态为开，当施加的磁场达到释放点时，触发器输出低电压，三极管截至，此时OC门输出高电压，这种状态为关。这样两次电压变换，使霍尔开关完成了一次开关动作。工作原理图如图6所示：图6 霍尔传感器原理图图7 集成霍尔开关外形及接线 霍尔传感器A44E外形及接线如图7： 里程计算是通过安装在车轮上的霍尔传感器A44E检测到的信号，送到单片机，经处理计算，送给显示单元。 在霍尔电势发生器的两端加上电压VCC后，根据霍尔效应原理，当霍尔片处在磁场中时，霍尔传感器的输出端输出低电平。当车轮转动一圈时小磁铁提供一个磁场，则霍尔传感器输出一次低电平完成一次数据采集。此次设计选择了

15、P3.3口作为信号的输入端，内部采用外部中断0，车轮每转一圈（设车轮的周长是1米），霍尔开关就检测并输出信号，引起单片机的中断，对脉冲计数。通过计算将脉冲增加体现金额和里程上。信号采集电路如图8：图8 信号采集电路四、显示电路（一）显示电路的方案选择在应用系统中，使用的显示器主要有LED（发光二极管）和LCD（液晶显示器）。这两种显示器成本低廉，配置灵活。LED是由发光二极管显示字段的显示器件。LCD显示器的工作原理是利用液晶的物理特性：通电时排列变得有序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。因此有下面两种方案可以选择：方案一：采用LED数码管显示。七段LED数码管引脚图如图9:

16、图9 LED管脚配置图LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。在单片机应用系统中通常使用的是七段LED。这种显示块有共阴极和共阳极两种，如上图所示，共阴极LED显示块的发光二极管阴极共地，如图中所示，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮。共阳极LED显示块的发光二极管阳极并接，当某个二极管的阴极为低电平时，该二极管点亮。通常的七段LED显示块中有八个发光二极管，故也称为八段显示器。其中七个二极管构成七笔字型“8”，一个发光二极管构成小数点。控制不同组合的二极管导通，就能显示各种字符。设8位控制器按低到高的次序依次控制LED显示块的af和小数点dp,我们称控制器输出的控制LED

17、显示块显示字符的 8位字节数据为段选码。共阳极与共阴极的段选码互为反码。在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位LED的段选线并接在一起，在某一刻时，将要显示的字符段码同时送到每一个显示器的各段，但是只让这一位LED显示。下一时刻又送下一位LED要显示字符的段码，并只让下一位LED显示.如此轮流，使每位显示该为的字符，这样不断的循环送出响应的段选码位选码，就可以获得视觉稳定的显示状态。方案二：采用液晶显示器显示。LCD的优点主要包括零辐射、低功耗、体积小、字符显示精确。但如果采用LCD 液晶显示,在距离屏幕1 m 之外就无法看清数据,而且在白天其对比度也不能够满足要求,因此必须采用

18、高亮度LED 数码管显示。此次设计中需要显示时间、日期等简单字符，用LED即可满足要求，另外LCD比LED价位高。根据上述分析故选用方案一。（二）LED显示器的显示方式1、静态显示方式：在静态显示方式下，每位数码管的ag和h端与一个8位的I/O口相连。要在某一位数码管上显示字符时，只要从对应的I/O口输出其显示代码即可。其特点为：数码管中的发光二极管恒定的导通或截止，直到显示字符改变为止。静态显示方式程序简单，占用CPU时间资源少，只是在显示字符改变时调用一下显示程序。但硬件电路复杂，一般应用于数码管位数较少的场合。2、动态显示方式：在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，单片机系统中常采

19、用动态显示方式。动态显示方式的工作原理是：逐个地循环点亮各位显示器，也就是说在任一时刻只有1位显示器在显示。为了使人看到所有显示器在显示，就得加快循环点亮各位显示器的速度（提高扫描频率），利用人眼的视觉残留效应，给人感觉到与全部显示器持续点亮的效果一样。一般的，每次循环扫描不低于50次。由于每位显示器只有部分时间点亮，因此亮度有所下降，为达到与持续点亮一样的亮度效果，必须加大显示器的驱动电流。一般有几位显示器，电流就得加大几倍。（三）显示电路本设计的电路连接图如图所示：显示单元由7个8段共阳数码管组成，采用动态扫描进行显示。前三个数码管分别接P3.0、P3.1和P3.2，用于显示总金额；中间两

20、个分别接P3.4和P3.5，用于显示里程；后边两个分别接P3.6和P3.7，用于显示单价。图10 显示电路图五、键盘电路当单价等信息需要进行修改时，就要用到键盘进行修改。由于调节信息不多，故采用4个独立键盘即可，分别实现清零、切换、增大、减小和功能等作用。电路如图11所示。 图11 键盘电路S1：接P1.0口，对上一次的计费进行清零，为下次载客准备S2：接P1.1口，实现白天和夜晚单价的切换；当功能键S4按下时，S2可对数据进行增大。S3：接P1.2口，当功能键S4按下时，S3可对数据进行减小。S4：接P1.3口，按1次，进入调整白天单价；按2次，进入调整夜晚单价；按3次，进入调整等待单价；按

21、4次，进入调整起步价；按5次，返回。六、AT24C01存储电路存储单元的作用是在电源断开的时候，存储当前设定的单价信息。AT24C01 是Ateml公司的1KB的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到2.5V，额定电流为1mA，静态电流10uA(5.5V)，芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上，而且采用8 脚的DIP 封装，使用方便。AT24C02芯片引脚配置如图12所示:16 图12 AT24C01型号和引脚SDA 串行数据/地址引脚；WP 连到VCC被写保护只能读；连到VSS或悬空允许进行正常的读写操作VCC 电源端GND 接地端AT24C01芯片有8个引

22、脚，其中：A0A2 地址引脚;存储单元电路连接如图13所示。图 13 存储单元电路原理图图中R4、R5 是上拉电阻，其作用是减少AT24C01 的静态功耗。由于AT24C01的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用两根线SCL（时钟脉冲）和SDA（数据/地址）与单片机P2.2和P2.3口连接，进行传送数据。每当设定一次单价，系统就自动调用存储程序，将单价信息保存在芯片内；当系统重新上电的时候，自动调用读存储器程序，将存储器内的单价等信息，读到缓存单元中，供主程序使用。第三章 总电路图一、 原理图二、 总原理通常计价器的采用，在主机模块中预先已写入了相关程序和数据的信息，如基本

23、距离、候时时间的规定值，与收费标准规定相应的收费价格值，附加车费值计费方式等数据和与收费办法相应的车费计算与控制程序等。在工作过程中其主要的功能都是有单片机中的定时器/计数器来实现。本次设计重点是设计主机模块，并将各个硬件的功能显示在选定的显示器上。其中硬件和显示部分是由主机模块控制，各个功能的显示由显示电路来完成。设计中选用时钟模块来保证基本的时间和日期显示的正确性，掉电存储来存储基本设置信息，显示电路作为基本的输出设备。在出租车转轴上装上一个传感器，以便获得行驶里程信号。利用单片机进行计数，从而计算出里程及所需金额。然后传送给显示电路显示所有的信息。第四章 系统软件的设计一、主程序在主程序

24、中，需要完成对各参量和接口的初始化、出租车起步价和单价的初始化以及中断、计算、循环等工作。另外，在主程序模块中还需要设置启动/清除标志寄存器、里程寄存器和价格寄存器，并对它们进行初始化。然后，主程序将根据各标志寄存器的内容，分别完成启动、清除、计程和计价等不同的操作。当汽车运行起来时，就启动计价，根据里程寄存器中的内容计算和判断行驶里程是否已超过起步价公里数。若已超过，则根据里程值、每公里的单价数和起步价来计算出当前的总金额，并将结果存于总金额寄存器中；中途等待时，无脉冲输入，不产生中断，当时间超过等待设定值时，开始进行计时，并把等待价格加到总金额里，然后将总金额、里程和单价送数码管显示出来。

25、程序流程如图：图14 主程序流程图 计算程序流程图二、里程计数中断程序 每当霍尔传感器输出一个低电平信号就使单片机中断一次，当里程计数器对里程脉冲计满1000次时，进入里程计数中断服务程序中，里程变量加一。主函数中总金额也相应地变化。 三、计算程序计算程序根据里程数分别进入不同的计算公式。如果里程大于3公里，则执行公式：总金额=起步价+（里程-3）*单价+等待时间*等待单价；否则，执行公式：总金额=起步价+等待时间*等待单价。四、显示程序 显示程序利用定时器每1ms产生一次中断，相应变量置位，点亮一个数码管，显示一位数据，利用主函数内的循环，实现动态扫描显示，同时根据数码管余辉和人眼暂留现象，

26、即可实现显示。五、键盘程序 键盘采用查询的方式，放在主程序中，当没有按键按下的时候，单片机循环主程序，一旦右按键按下，便转向相应的子程序处理，处理结束再返回。展望/结论本次设计主要是根据单片微机原理和实验时所积累的经验及设计过程中不断学习新的知识来完成的。在这段时间里，经过自己的努力，基本上完成了设计要求的内容，在系统可行性分析、原理图设计、PCB绘制等方面都作了许多实际工作，取得了一些成绩，同时也遇到了一些问题。 经过这段时间的学习和工作，我觉得自己不论是在理论知识方面还是在动手能力方面都有了不小的进步，自己从中受益匪浅。这次设计很好的把以前学到的理论知识应用于实践，巩固了以前所学的专业知识

27、，也使我认识到了理论知识与实践之间有一定的差距，只有通过不断的努力学习和实践才能很好的把理论知识应用到实践当中，也只有通过不断的实践才能加深对理论知识的理解。通过这次设计不仅增强了自己的动手能力，也提高了我思考问题、分析问题、解决问题的能力，更重要的是学会用工程化的思想来解决问题，这在以前的学习过程中是不曾学到的，为以后的学习和工作提供了很多有价值的经验。要能够按照自己的思路来设计实现想要的功能，并且坚持不懈。本次设计的重点是软硬件结合，在这一设计过程中我遇到了很多困难，有的时候都觉得已经山穷水尽了，可是会突然想到某一知识点的应用，然后就豁然开朗。这次毕业设计让我更加坚定，要不断学习新的知识来丰富自己，这样才不会在遇到问题时无从下手。这次设计让我不仅学会了如何去查找相关资料